De nouvelles recherches montrent que l'un des éléments connus les plus lourds peut être manipulé à un degré plus élevé qu'on ne le pensait auparavant, ouvrant potentiellement la voie à de nouvelles stratégies de recyclage du combustible nucléaire et à un meilleur stockage à long terme des éléments radioactifs.

Une équipe internationale de chercheurs a démontré comment le curium, élément 96 du tableau périodique et l'un des derniers visibles à l'œil nu, réagit à l'application d'une haute pression créée en pressant un échantillon entre deux diamants.

Dirigé par le professeur Thomas Albrecht-Schmitt de l'Université d'État de Floride et des collaborateurs de l'Université de Buffalo et de l'Université d'Aix-la-Chapelle, l'équipe a découvert que le comportement des électrons externes du curium, qui influence sa capacité à se lier avec d'autres éléments, peut être modifié en raccourcissant la distance entre celui-ci et les atomes plus légers environnants. Les résultats sont publiés dans la revue La nature .

"Ce n'était pas prévu car la chimie du curium le rend résistant à ce type de changements, " dit Albrecht-Schmitt, le professeur Gregory R. Choppin de chimie à la Florida State University. "En bref, il est assez inerte."

Bien que seuls certains composés du curium aient présenté des changements, c'était toujours intéressant pour les scientifiques car le curium est normalement complètement résistant à l'altération de ses propriétés.

Outre Albrecht-Schmitt, l'étude a été dirigée par les professeurs de chimie de l'Université de Buffalo Jochen Autschbach et Eva Zurek ainsi que Manfred Speldrich, chercheur à l'Université d'Aix-la-Chapelle en Allemagne.

Le travail d'Albrecht-Schmitt fait partie de la mission globale de son laboratoire de mieux comprendre le plus lourd, ou actinide, éléments au bas du tableau périodique. En 2016, il a reçu 10 millions de dollars du ministère de l'Énergie pour former le Center for Actinide Science and Technology afin de se concentrer sur l'accélération des efforts scientifiques pour nettoyer les déchets nucléaires.

Malgré leur présence dans le tableau périodique, les éléments les plus lourds restent encore largement un mystère pour les scientifiques, en particulier par rapport à des éléments plus légers comme l'oxygène ou l'azote. "C'est une expérience passionnante qui a montré que nous avons un contrôle beaucoup plus grand de la chimie de ces éléments difficiles à contrôler qu'on ne le pensait auparavant, ", a déclaré Albrecht-Schmitt.

"L'ion curium (3+) que nous avons étudié a une couche externe d'électrons à moitié remplie qui est très difficile à engager dans la liaison chimique, " dit Autschbach, Larkin Professeur de chimie à l'Université de Buffalo. "Une approche expérimentale et théorique intégrée a montré que l'application d'une haute pression à un cristal contenant du curium (3+), ainsi que des ions organiques soufrés et ammonium, fait que l'enveloppe externe du curium participe à la liaison chimique covalente avec le soufre. Cette découverte pourrait aider à orienter de nouvelles façons d'étudier le comportement mystérieux des coquilles d'actinides chimiquement résistantes. »

Le groupe d'Autschbach à l'Université de Buffalo a effectué des calculs qui ont aidé à expliquer ce qui s'est passé pendant les expériences à haute pression, révélant des détails sur le comportement du curium lorsque des composés contenant l'élément sont pressés entre des diamants. L'équipe de Zurek a jeté les bases de ces calculs en déterminant les structures cristallines des composés sous haute pression.

"Sous pression, les composés chimiques et les matériaux peuvent se comporter de manière complètement différente de ce qu'ils font dans les conditions atmosphériques, rendre les découvertes dans la recherche à haute pression si passionnantes, " a déclaré Zurek.

Une meilleure compréhension des éléments plus lourds ouvre la porte à des stratégies supplémentaires pour contrôler la séparation chimique utilisée dans le recyclage nucléaire et dans la conception de matériaux résilients pour le stockage à long terme des éléments radioactifs, dit Albrecht-Schmitt. L'équipe de recherche pense que les résultats obtenus concernant le curium se traduiront également par d'autres éléments lourds.

L'équipe prévoit de suivre ces travaux en concevant des expériences similaires pour des éléments plus lourds tels que le californium et l'einsteinium, où les effets de la pression pourraient être encore plus importants que ce qu'ils ont trouvé pour le curium.